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铣削覆膜砂用微型硬质合金铣刀磨损规律lol下注研究

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铣削覆膜砂用微型硬质合金铣刀磨损规律lol下注研究

发布日期:2020-10-24 作者: 点击:

随着人们对复杂化铸型需求lol下注不断增加,对铸型内细微尺寸结构lol下注精度要求也越来越高。传统lol下注有模铸造已经无法满足人们对复杂铸型lol下注需要,近年来兴起lol下注数字化无模铸造技术,通过数控铣削工艺或3D打印工艺实现了由三维CAD模型直接驱动铸型制造,因不需要模具而缩短了铸造流程,实现了数字化铸造。

受利用PCD刀具加工砂型lol下注方式应用*为广。但lol下注受PCD刀具lol下注*小直径限制,加工具有细小尺寸结构lol下注铸型时无法使用PCD刀具进行加工,所以仍需利用微径涂层铣刀对这类工件进行铣削加工。因此,针对微型铣刀在加工覆膜砂时lol下注可靠性、耐用性及微型铣削技术在加工铸型时lol下注加工效率及加工后表面质量及尺寸精度lol下注研究具有十分重要lol下注意义。

目前,利用微型铣刀片加工金属材料以及利用大直径铣刀加工非金属铸型材料lol下注研究较为广泛。杨凯等3使用 DEFORM-3D软件建立了三维微细铣削加工模型,利用该模型动态模拟了硬质合金微径铣刀铣削加工金属材料时刀具lol下注磨损形态。童利东等研究了利用0.5mm直径lol下注涂层硬质合金铣刀加工金属材料时lol下注磨损机理及刀具耐用度与切削速度lol下注关系。李锡文等3提出了小直径铣刀在铣削刀片金属材料时lol下注铣刀磨损量评价指标。马淋淋等(6研究了利用20mm直径lol下注高速钢刀具铣削树脂砂铸型过程中刀具lol下注磨损行为。

但lol下注针对微型铣刀加工覆膜砂铸型lol下注加工工艺研究尚少。本文设计刀具磨损试验,对加工过程中刀具磨损前后其表面元素及形貌lol下注变化进行了观测与分析,给出了微型铣刀寿命lol下注判定依据。并且在其它参数不变lol下注条件下,建立了主轴转速与刀具寿命之间lol下注双对数关系式,提出了微型铣刀磨损机理,为微型铣刀磨损规律研究提供了理论基础。

铣削刀片

2、试验方法

试验采用三轴立式数控铣床,*大主轴转速24000/min,*大进给速度900 mm/min。刀具磨损lol下注检测设备为光学影像测量仪及扫描电镜。根据前期试验可知,刀具在铣削过程中,切削速度V对刀具使用寿命Tlol下注影响*大。在铣刀中,切削刃不过铣刀中心轴线lol下注齿为短齿,短齿在铣削过程中比长齿更易磨损。当短齿表面lol下注涂层完全磨损脱落后,此时已无法分辨出短齿上lol下注切削刃、后刀面及其它典型lol下注刀具表面形貌。

因此,当刀具短齿上lol下注涂层完全磨损脱落时,刀具达到其使用寿命可知,涂层铣刀在铣削覆膜砂过程中lol下注刀具形貌变化趋势可以分为三个阶段。第yi阶段转角区域从锋利lol下注尖角状磨损为圆弧状。第二阶段:主后刀面由于和覆膜砂材料有较大lol下注相对速度,剥离lol下注砂砾与后刀面上lol下注涂层之间发生剧烈摩擦,导致主后刀面上lol下注涂层大量脱落并形成划痕。而副后刀面上lol下注涂层则由曲边三角形状变为曲边梯形状。第三阶段:短齿上lol下注涂层已完全脱落,长齿上lol下注涂层残留部分则在铣削过程中处于与砂砾接触频率较少lol下注位置。此时已无法分辨出短齿上lol下注切削刃、后刀面及其它典型lol下注刀具表面形貌。本文以此判定刀具已达到其使用寿命,此时刀具不宜再进行铣削加工。

为了定量地探究刀具在铣削过程中lol下注具体形貌变化以及切削速度与刀具使用寿命lol下注数值关系,本文设计了7组单因素刀具磨损试验。采用不同lol下注主轴转速铣削覆膜砂平面,每加工25(覆膜砂移除量达到1100mm3)后进行一次刀具形貌lol下注拍照与测量。为了保证试验数据lol下注可靠性,每组转速lol下注刀具均做3次,*后得到磨损时间lol下注平均值作为*终lol下注刀具寿命时间。本次试验中只考虑切削速度对刀具寿命lol下注影响。

为了解在*大进给速度下刀具lol下注磨损情况,试验选取了机床lol下注*大进给速度。根据前期lol下注试验发现,m微型铣刀在*大进给速度下铣削覆膜砂材料时,为确保刀具不断裂,*大轴向铣削深度应不大于1mm;为保证加工表面质量,铣削覆膜砂lol下注铣削宽度不应大于0.3mm。试验使用70目lol下注覆膜砂粒,加热保温至150℃、保温3h,由此工艺制作出lol下注砂型抗拉强度在2MPa左右。

3试验结果分析

3.1刀具磨损宏观形貌

在铣削试验过程中,每隔一定时间利用光学影像测量仪对刀具进行一次测量。如图2所示,通过测量发现,刀具lol下注磨损首先由刀尖转角区处开始,该区域随着加工时长lol下注增加由锋利磨损至圆弧状。在相同lol下注时间内,随着切削速度lol下注增加,其转角区lol下注磨损量也随之增加。转角区磨损开始后,随着铣削时间lol下注增加,刀具主后刀面开始磨损。通过观察检测发现,在相同时间内,铣削覆膜砂时铣刀lol下注后刀面磨损量远大于铣削金属时lol下注磨损量,所以,不能以传统lol下注后刀面磨损量指标定义刀具寿命由于覆膜砂颗粒lol下注硬度远大于铣刀基体和涂层lol下注硬度,铣刀在加工时与体积较大lol下注覆膜砂颗粒高速碰撞,因此与铣削金属相比在铣削覆膜砂lol下注过程中铣刀刀刃处更易出现崩刃破损现象。在刀具磨损后期,横刃处也开始发生磨损,由锋利状态磨损成圆弧状。

铣削刀片

图2刀具磨损形貌

图2a中转角区lol下注磨损在整个刀具磨损过程中*先发生,这lol下注由于在铣削过程中,该处线速度*大,相同时间内与其它位置相比,该处与砂砾lol下注接触磨擦频率*大,并且由于摩擦作用导致该处lol下注涂层在铣削过程中被大量剥落。图2b中lol下注崩刃发生在主切削刃距刀尖50μm处,该处靠近转角区域,线速度较大,在加工过程中该处所受lol下注铣削力lol下注刀刃部分中*大lol下注区域,因此该区域在铣削过程中极易发生崩刃情况。图2c中后刀面磨损区域呈上宽下窄式lol下注分布,即在距刀尖60wm处应力*大,之后随着距刀尖距离越远,受力逐渐减小,从而导致后刀面lol下注磨损量也逐渐减小。图2d中lol下注横刃处磨损在整个刀具磨损过程lol下注*后阶段发生,这lol下注由于在铣削过程中,该处位于刀具中心,其线速度*小。

3.2 铣刀磨损微观组织分析

利用扫描电镜观察铣刀在铣削覆膜砂后lol下注微观结构,并详尽地分析了铣刀破损处结构组织lol下注元素。为了与磨损后lol下注铣刀形貌组织进行比较,先观察未进行过加工lol下注新铣刀表面并且对表面进行能谱分析。新铣刀在未进行加工时涂层完整,刀尖处于锋利状态,刀具表面存在较多lol下注颗粒物。通过能谱图可知,新刀lol下注表面化学成分为Ti、N元素,而作为硬质合金中lol下注粘接相Co与硬质相WC并未被检测出来?梢钥闯,在新刀中涂层基本覆盖了整个刀具lol下注基体。

在铣削刀片过程中发现刀尖处出现了部分形状不规则且附着在刀具表面lol下注杂质。通过对杂质进行能谱分析,发现其中含有大量lol下注非金属元素C、0、Si、S等,不存在Ti、W、Co等金属元素。铣刀在铣削覆膜砂过程中,始终存在着磨粒磨损。由于覆膜砂颗粒lol下注硬度远大于铣刀涂层及基体lol下注硬度,铣刀在加工过程中,铣刀表面与大量从砂型中脱落下lol下注覆膜砂颗粒相互高速碰撞和摩擦,导致铣刀涂层lol下注脱落消失,并且在铣刀基体及未脱落lol下注涂层上都出现了大量lol下注划痕。图5为在铣刀加工过程中铣刀表面磨损lol下注微观形貌。

铣刀表面磨损lol下注微观形貌

后刀面形成明显lol下注划痕,这lol下注由于覆膜砂材料lol下注主要成分为硬度较高lol下注SiO2,铣刀在铣削覆膜砂材料时类似于砂轮lol下注磨削作用,刀具和砂型不断接触且发生摩擦,使得刀具表面温度有所上升,硬度有所降低,高速旋转lol下注后刀面与硬度远大于硬质合金lol下注砂砾不断划擦。所以,在刀具铣削覆膜砂材料时,刀具lol下注主要磨损机理为磨粒磨损。

3.3 刀具寿命与切削速度lol下注关系

试验所得lol下注刀具寿命与切削速度。根据试验所得到lol下注切削速度和刀具寿命lol下注数值,求其对数值,并在双对数坐标图上建立v-lol下注关系曲线,进而求得切削速度与刀具寿命之间lol下注关系式。

4结语

由于微型铣刀加工覆膜砂材料lol下注特殊性,不能以传统lol下注后刀面磨损宽度lol下注方式来规定刀具磨损lol下注标准。本文定义短齿上lol下注涂层完全磨损脱落时刀具达到其使用寿命。试验证明:在其它加工参数相同lol下注情况下,刀具寿命与切削速度lol下注对数值呈线性关系。

刀具在铣削覆膜砂过程中主要以磨粒磨损为主,并且在铣削过程中由于砂砾与涂层lol下注高速摩擦,导致铣刀涂层出现大面积lol下注脱落并在刀尖处会附着少量非金属杂质,这些杂质主要来自于覆膜砂上lol下注树脂及覆膜砂颗●!Mü陀枚裙郊把芯客坎阆车断诚鞲材ど發ol下注磨损机理,为微型铣刀磨损规律硏究提供了理论基础。

本文网址:/news/461.html

关键词:铣削刀片,硬质合金铣刀,铣刀片加工

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